Блок питания на стабилитроне и транзисторе

Блок питания своими руками ⋆ diodov

Блок питания на стабилитроне и транзисторе

Простой и надежный блок питания своими руками при нынешнем уровне развития элементной базы радиоэлектронных компонентов можно сделать очень быстро и легко. При этом не потребуются знания электроники и электротехники на высоком уровне. Вскоре вы в этом убедитесь.

Изготовление своего первого источника питания довольно интересное и запоминающееся событие. Поэтому важным критерием здесь является простота схемы, чтобы после сборки она сразу заработала без каких-либо дополнительных настроек и подстроек.

Следует заметить, что практически каждое электронное, электрическое устройство или прибор нуждаются в питании. Отличие состоит лишь в основных параметрах – величина напряжения и тока, произведение которых дают мощность.

Изготовить блок питания своими руками – это очень хороший первый опыт для начинающих электронщиков, поскольку позволяет прочувствовать (не на себе) различные величины токов, протекающих в устройствах.

Современный рынок источников питания разделен на две категории: трансформаторные и безтрансформаторные. Первые достаточно просты в изготовлении для начинающих радиолюбителей.

Второе неоспоримое преимущество – это сравнительно низкий уровень электромагнитных излучений, а соответственно и помех.

Существенным недостатком по современным меркам является значительная масса и габариты, вызванные наличием трансформатором – самого тяжелого и громоздкого элемента в схеме.

Безтрансформаторные блоки питания лишены последнего недостатка ввиду отсутствия трансформатора. Вернее он там есть, но не в классическом представлении, а работает с напряжением высокой частоты, что позволяет снизить число витков и размеры магнитопровода.

В результате снижаются вцелом габариты трансформатора. Высокая частота формируется полупроводниковыми ключами, в процессе из включения и выключения по заданному алгоритму.

Вследствие этого возникают сильные электромагнитные помехи, поэтому такие источник подлежат обязательному экранированию.

Мы будем собирать трансформаторный блок питания, который никогда не утратит своей актуальности, поскольку и поныне используется в аудиотехнике высокого класса, благодаря минимальному уровню создаваемых помех, что очень важно для получения качественного звука.

Устройство и принцип работы блока питания

Стремление получить как можно компактнее готовое устройство примело к появлению различных микросхем, внутри которых находятся сотни, тысячи и миллионы отдельных электронных элементов.

Поэтому практически любой электронный прибор содержит микросхему, стандартная величина питания которой 3,3 В или 5 В. Вспомогательные элементы могут питаться от 9 В до 12 В постоянного тока. Однако мы хорошо знаем, что розетке переменное напряжение 220 В частотою 50 Гц.

Если его подать непосредственно на микросхему или какой-либо другой низковольтный элемент, то они мгновенно выйдут из строя.

Отсюда становится понятным, что главная задача сетевого блока питания (БП) состоит в снижении величины напряжения до приемлемого уровня, а также преобразование (выпрямление) его из переменного в постоянное.

Кроме того, его уровень должен оставаться постоянным независимо от колебаний входного (в розетке). Иначе устройство будет работать нестабильно.

Следовательно, еще одна важнейшая функция БП – это стабилизация уровня напряжения.

В целом структура блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и стабилизатора.

Помимо основных узлов еще используется ряд вспомогательных, например, индикаторные светодиоды, которые сигнализируют о наличие подведенного напряжения. А если в БП предусмотрена его регулировка, то естественно там будет вольтметр, а возможно еще и амперметр.

Трансформатор

В данной схеме трансформатор применяется для снижения напряжения в розетке 220 В до необходимого уровня, чаще всего 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. При этом еще осуществляется гальваническая развязка высоковольтных с низковольтными цепями.

Поэтому при любых внештатных ситуациях напряжение на электронном устройстве не превысит значение величины вторичной обмотки. Также гальваническая развязка повышает безопасность обслуживающего персонала.

В случае прикосновения к прибору, человек не попадет под высокий потенциал 220 В.

Конструкция трансформатора довольно проста. Он состоит из сердечника, выполняющего функцию магнитопровода, который изготовляется из тонких, хорошо проводящих магнитный поток, пластин, разделенных диэлектриком, в качестве которого служит нетокопроводящий лак.

На стержень сердечника намотаны минимум две обмотки. Одна первичная (еще ее называют сетевая) – на нее подается 220 В, а вторая – вторичная – с нее снимается пониженное напряжение.

Принцип работы трансформатора заключается в следующем. Если к сетевой обмотке приложить напряжение, то, поскольку она замкнута, в ней начнет протекать переменный ток.

Вокруг этого тока возникает переменное магнитное поле, которое собирается в сердечнике и протекает по нему в виде магнитного потока.

Поскольку на сердечнике расположена еще одна обмотка – вторичная, то поде действием переменного магнитного потока в ней навидится электродвижущая сила (ЭДС). При замыкании этой обмотки на нагрузку, через нее будет протекать переменный ток.

Радиолюбители в своей практике чаще всего применяют два вида трансформаторов, которые главным образом отличатся типом сердечника – броневой и тороидальный. Последний удобнее в применении тем, что на него достаточно просто можно домотать нужное количество витков, тем самым получить необходимое вторичное напряжение, которое прямопропорционально зависит от количества витков.

Основными для нас являются два параметра трансформатора – напряжение и ток вторичной обмотки. Величину тока примем равной 1 А, поскольку на такое же значение мы возьмем стабилитроны. О чем немного далее.

Диодный мост

Продолжаем собирать блок питания своими руками. И следующим порядковым элементом в схеме установлен диодный мост, он же полупроводниковый или диодный выпрямитель. Предназначен он для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора в постоянное, а точнее говоря, в выпрямленное пульсирующее. Отсюда и происходит название «выпрямитель».

Существуют различные схемы выпрямления, однако наибольшее применение получила мостовая схема. Принцип работы ее заключается в следующем. В первый полупериод переменного напряжения ток протекает по пути через диод VD1, резистор R1 и светодиод VD5. Далее ток возвращается к обмотке через открытый VD2.

К диодам VD3 и VD4 в этот момент приложено обратное напряжение, поэтому они заперты и ток через них не протекает (на самом деле протекает только в момент коммутации, но этим можно пренебречь).

В следующий полупериод, когда ток во вторичной обмотке изменит свое направление, произойдет все наоборот: VD1 и VD2 закроются, а VD3 и VD4 откроются. При этом направление протекания тока через резистор R1 и светодиод VD5 останется прежним.

Диодный мост можно спаять из четырех диодов, соединенных согласно схемы, приведенной выше. А можно купить готовый. Они бывают горизонтального и вертикального исполнения в разных корпусах. Но в любом случае имеют четыре вывода. На два вывода подается переменное напряжение, они обозначаются знаком «~», оба одинаковой длины и самые короткие.

С двух других выводов снимается выпрямленное напряжение. Обозначаются они «+» и «-». Вывод «+» имеет наибольшую длину среди остальных. А на некоторых корпусах возле него делается скос.

Конденсаторный фильтр

После диодного моста напряжение имеет пульсирующий характер и еще непригодно для питания микросхем и тем более микроконтроллеров, которые очень чувствительны к различного рода перепадам напряжения. Поэтому его необходимо сгладить.

Для этого можно применяется дроссель либо конденсатор. В рассматриваемой схеме достаточно использовать конденсатор. Однако он должен иметь большую емкость, поэтому следует применять электролитический конденсатор.

Такие конденсаторы зачастую имеют полярность, поэтому ее необходимо соблюдать при подключении в схему.

Отрицательный вывод короче положительного и на корпусе возле первого наносится знак «-».

Стабилизатор напряжения LM7805, LM7809, LM7812

Вы наверное замечали, что величина напряжения в розетке не равна 220 В, а изменяется в некоторых пределах. Особенно это ощутимо при подключении мощной нагрузки. Если не применять специальных мер, то оно и на выходе блока питания будет изменяться в пропорциональном диапазоне.

Однако такие колебания крайне не желательны, а иногда и недопустимы для многих электронных элементов. Поэтому напряжение после конденсаторного фильтра подлежит обязательной стабилизации. В зависимости от параметров питаемого устройства применяются два варианта стабилизации.

В первом случае используются стабилитрон, а во втором – интегральный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.

В радиолюбительской практике широкое применение получили стабилизаторы напряжения серии LM78xx и LM79xx. Две буквы указывают на производителя. Поэтому вместо LM могут быть и другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр.

Первые две – 78 или 79 означают соответственно положительно или отрицательное напряжение. Две последние цифры, в данном случае вместо них два икса: хх, обозначают величину выходного U.

Например, если на позиции двух иксов будет 12, то данный стабилизатор выдает 12 В; 08 – 8 В и т.д.

Для примера расшифруем следующие маркировки:

LM7805 → 5 В, положительное напряжение

LM7912 → 12 В, отрицательное U

Интегральные стабилизаторы имеют три вывода: вход, общий и выход; рассчитаны на ток 1А.

Если выходное U значительно превышает входное и при этом потребляется предельный ток 1 А, то стабилизатор сильно нагревается, поэтому его следует устанавливать на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую возможность.

Если ток нагрузки гораздо ниже предельного, то можно и не устанавливать радиатор.

Схема блока питания

Схема блока питания в классическом исполнении включает: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний выполняет роль индикатора и подключается через токоограничивающий резистор.

Поскольку в данной схеме лимитирующим по тока элементов является стабилизатор LM7805 (допустимое значение 1 А), то все остальные компоненты должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А. Поэтому и вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток от одного ампера.

Напряжение ее должно быть не ниже стабилизированного значения. А по хорошему его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 – 3 В выше, чем стабилизированное, т.е.

на вход стабилизатора следует подавать на пару вольт больше его выходного значения. Иначе он будет работать некорректно. Например, для LM7805 входное U = 7 – 8 В; для LM7805 → 15 В.

Однако следует учитывать, что при слишком завышенном значении U, микросхема будет сильно нагреваться, поскольку «лишнее» напряжение гасится на ее внутреннем сопротивлении.

Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007, или взять готовый на ток не менее 1 А.

Сглаживающий конденсатор C1 должен иметь большую емкость 100 – 1000 мкФ и U = 16 В.

Конденсаторы C2 и C3 предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, которые возникают при работе LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и носят рекомендательный характер от производителей стабилизаторов подобных типов. Без таких конденсаторов схема также нормально работает, но поскольку они практически ничего не стоят, то лучше их поставить.

Блок питания своими руками на 78L05, 78L12, 79L05, 79L08

Часто необходимо питать только одну или пару микросхем или маломощных транзисторов. В таком случае применять мощный блок питания не рационально.

Поэтому лучшим вариантом будет применение стабилизаторов серии 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 и т.п.

Они рассчитаны на максимальный ток 100 мА = 0,1 А, но при этом очень компактные и по размерам не больше обычного транзистора, а также не требует установки на радиатор.

Маркировка и схема подключения аналогичны, рассмотренной выше серии LM, только отличается расположением выводов.

Для примера изображена схема подключения стабилизатора 78L05. Она же подходит и для LM7805.

Схема включения стабилизаторов отрицательно напряжения приведена ниже. На вход подается -8 В, а на выходе получается -5 В.

Как видно, сделать блок питания своими руками очень просто. Любое напряжение можно получить путем установки соответствующего стабилизатора. Следует также помнить о параметрах трансформатора. Далее мы рассмотри, как сделать блок питания с регулировкой напряжения.

Оригинал: https://diodov.net/blok-pitaniya-svoimi-rukami/

Простые стабилизаторы напряжения и их расчёт

Блок питания на стабилитроне и транзисторе

В этой статье пойдёт речь о стабилизаторах постоянного напряжения на полупроводниковых приборах. Рассмотрены наиболее простые схемы стабилизаторов напряжения, принципы их работы и правила расчёта. Изложенный в статье материал полезен для конструирования источников вторичного стабилизированного питания.

Начнём с того, что для стабилизации любого электрического параметра должна быть схема слежения за этим параметром и схема управления этим параметром. Для точности стабилизации необходимо наличие «эталона», с которым стабилизируемый параметр сравнивается.

Если в ходе сравнения оказывается, что параметр больше эталонного значения, то схема слежения (назовём её схемой сравнения) даёт команду на схему управления «уменьшить» значение параметра.

И наоборот, если параметр оказывается меньше эталонного значения, то схема сравнения даёт команду на схему управления «увеличить» значение параметра.

На этом принципе работают все схемы автоматического управления всех устройств и систем, которые нас окружают, от утюга, до космического аппарата, разница лишь в способе контроля и управления параметром. Точно так же работает стабилизатор напряжения.

Структурная схема такого стабилизатора изображена на рисунке.

Работу стабилизатора можно сравнить с регулировкой воды, бегущей из водопроводного крана. Человек подходит к крану, открывает его, а потом, наблюдая за потоком воды, регулирует его подачу в большую, или меньшую сторону, добиваясь оптимального для себя потока.

Сам человек выполняет функцию схемы сравнения, в качестве эталона выступает представление человека о том, какой поток воды должен быть, а в качестве схемы управления выступает водопроводный кран, который управляется схемой сравнения (человеком).

Если человек изменит своё представление об эталоне, решив, что поток воды, бегущий из крана недостаточный, то он откроет его больше. В стабилизаторе напряжения точно так же. Если у нас появляется желание изменить выходное напряжение, тогда мы можем изменить эталонное (опорное) напряжение.

Схема сравнения, заметив изменение эталонного напряжения, самостоятельно изменит и выходное напряжение.

Резонным будет вопрос: Зачем нам такое нагромождение схем, если можно на выходе использовать источник уже «готового» эталонного напряжения? Дело в том, что источник эталонного (далее по тексту – опорного) напряжения – слаботочный (низкоамперный), поэтому не способен питать мощную (низкоомную) нагрузку. Такой источник опорного напряжения можно использовать в качестве стабилизатора для питания схем и устройств, потребляющих малый ток – КМОП-микросхем, слаботочных усилительных каскадов и др.

Схема источника опорного напряжения (слаботочного стабилизатора) изображена ниже. По своей сути – это специальный делитель напряжения, описанный в статье Делитель напряжения, отличие его в том, что в качестве второго резистора используется специальный диод – стабилитрон.

В чём особенность стабилитрона? Простыми словами, стабилитрон, это такой диод, который в отличие от обычного выпрямительного диода, при достижении определённого значения обратно приложенного напряжения (напряжения стабилизации) пропускает ток в обратном направлении, а при его дальнейшем повышении, уменьшая своё внутреннее сопротивление, стремится удержать его на определённом значении.

На вольтамперной характеристике (ВАХ) стабилитрона режим стабилизации напряжения изображен в отрицательной области прикладываемого напряжения и тока.

По мере увеличения обратного напряжения, прикладываемого к стабилитрону, он сначала «сопротивляется» и ток, протекающий через него минимален. При определённом напряжении, ток стабилитрона начинает увеличиваться.

Достигается такая точка вольтамперной характеристики (точка 1), после которой дальнейшее увеличение напряжения на делителе «резистор – стабилитрон» не вызывает увеличения напряжения на p-n переходе стабилитрона. На этом участке ВАХ происходит увеличение напряжения лишь на резисторе. Ток, проходящий через резистор и стабилитрон продолжает расти.

От точки 1, соответствующей минимальному току стабилизации, до определённой точки 2 вольтамперной характеристики, соответствующей максимальному току стабилизации стабилитрон работает в требуемом режиме стабилизации (зелёный участок ВАХ).

После точки 2 вольтамперной характеристики стабилитрон теряет свои «полезные» свойства, начинает греться и может выйти из строя. Участок от точки 1 до точки 2 является рабочим участком стабилизации, на котором стабилитрон выступает в качестве регулятора.

Зная, как рассчитывается простейший делитель напряжения на резисторах можно элементарно рассчитать цепь стабилизации (источник опорного напряжения). Как и в делителе напряжения, в цепи стабилизации протекают два тока – ток делителя (стабилизатора) Iст и ток нагрузочной цепи Iнагр . В целях «качественной» стабилизации последний должен быть на порядок меньше первого.

Для расчётов цепи стабилизации используются значения параметров стабилитронов, публикуемые в справочниках:

  • Напряжение стабилизации Uст;
  • Ток стабилизации Iст (обычно — средний);
  • Минимальный ток стабилизации Iст.min;
  • Максимальный ток стабилизации Iст.max.

Для расчёта стабилизатора, как правило, используются только два первых параметра — Uст , Iст , остальные применяются для расчёта схем защиты по напряжению, в которых возможно значительное изменение входного напряжения.

Для повышения напряжения стабилизации можно использовать цепочку из последовательно соединённых стабилитронов, но для этого, допустимый ток стабилизации таких стабилитронов должен быть в пределах параметров Iст.min и Iст.max , иначе существует вероятность выхода стабилитронов из строя.

Следует добавить, что простые выпрямительные диоды также обладают свойствами стабилизации обратно приложенного напряжения, только значения напряжений стабилизации лежат на более высоких значениях обратно приложенного напряжения.

Значения максимального обратно приложенного напряжения выпрямительных диодов обычно указывается в справочниках, а напряжение при котором проявляется явление стабилизации обычно выше этого значения и для каждого выпрямительного диода, даже одного типа, различно.

Поэтому, используйте выпрямительные диоды в качестве стабилитрона высоковольтного напряжения только в самом крайнем случае, когда не сможете найти необходимый Вам стабилитрон, или сделать цепочку из стабилитронов.

В этом случае, напряжение стабилизации определяется экспериментально. Необходимо соблюдать осторожность при работе с высоким напряжением.

Порядок расчёта стабилизатора напряжения (источника опорного напряжения)

Расчет простейшего стабилизатора напряжения мы проведём с рассмотрением конкретного примера.

Исходные, предъявляемые к схеме параметры:

1. Входное напряжение делителя — Uвх (может быть стабилизированным, а может и нет).

Допустим, что Uвх = 25 вольт;

2. Выходное напряжение стабилизации — Uвых (опорное напряжение). Допустим, что нам необходимо получить Uвыx = 9 вольт.

Решение:

1. Исходя из необходимого напряжения стабилизации, по справочнику подбирают необходимый стабилитрон. В нашем случае это Д814В.

2. Из таблицы находят средний ток стабилизации — Iст . По таблице он равен 5 мА.

3. Вычисляют напряжение, падающее на резисторе — UR1, как разность входного и выходного стабилизированного напряжения.

UR1 = Uвx — Uвыx —>    UR1 = 25 – 9 = 16 вольт

4. По закону Ома делят это напряжение на ток стабилизации, протекающий через резистор, и получают значение сопротивления резистора.

R1 = UR1 / Iст    —>    R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ом = 3,2 кОм

Если полученного значения нет в резистивном ряде, выберите ближайший по номиналу резистор. В нашем случае это резистор номиналом 3,3 кОм.

5. Вычисляют минимальную мощность резистора, помножив падение напряжения на нём на протекающий ток (ток стабилизации).

РR1 = UR1 * Iст    —>    РR1 = 16 * 0,005 = 0,08 Вт

Учитывая, что через резистор кроме тока стабилитрона протекает ещё и выходной ток, поэтому выбирают резистор, мощностью не менее, чем в два раза больше вычисленной. В нашем случае это резистор мощностью не меньшей 0,16 Вт. По ближайшему номинальному ряду (в большую сторону) это соответствует мощности 0,25 Вт.

Вот и весь расчёт.

Как было написано ранее, простейшую цепочку стабилизатора постоянного напряжения можно использовать для питания схем, в которых используют малые токи, а для питания более мощных схем они не годятся.

Одним из вариантов повышения нагрузочной способности стабилизатора постоянного напряжения является использование эмиттерного повторителя. На схеме изображён каскад стабилизации на биполярном транзисторе. Транзистор «повторяет» приложенное к базе напряжение.

Нагрузочная способность такого стабилизатора возрастает на порядок. Недостатком такого стабилизатора, как и простейшей цепочки состоящей из резистора и стабилитрона, является невозможность регулировки выходного напряжения.

Выходное напряжение такого каскада будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона на значение падения напряжения на p-n переходе «база – эмиттер» транзистора. В статье Биполярный транзистор, я писал, что для кремниевого транзистора оно равно – 0,6 … 0,7 вольта, для германиевого транзистора – 0,2 … 0,3 вольта. Обычно грубо считают – 0,65 вольта и 0,25 вольта.

Поэтому, например при использовании кремниевого транзистора, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет на 0,65 вольта меньше, т.е – 8,35 вольта.

Если вместо одного транзистора использовать составную схему включения транзисторов, то нагрузочная способность стабилизатора возрастёт ещё на порядок. Здесь также, как и в предыдущей схеме следует учитывать уменьшение выходного напряжения за счёт его падения на p-n переходах «база – эмиттер» транзисторов.

В данном случае, при использовании двух кремниевых транзисторов, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет уже на 1,3 вольта меньше (по 0,65 вольт на каждый транзистор), т.е – 7,7 вольта.

Поэтому, при проектировании подобных схем необходимо учитывать такую особенность и подбирать стабилитрон с учётом потерь на переходах транзисторов.

Резистор R2 необходим для «гашения» реактивной (емкостной и индуктивной) составляющей транзистора VT2, оказывающей паразитное влияние на работу транзистора, и обеспечивает надёжное его реагирование на входное воздействие.

Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше паразитное влияние, но слишком малое сопротивление может привести к тому, что транзистор VT2 окажется закрытым и в качестве регулирующего элемента окажется только транзистор VT1. Практически, на схемах стабилизаторов, значение резистора R2 рассчитывают редко.

Бывает, радиолюбители даже ставят такие номиналы, которые противоречат нормальной работе схем, а сами радиолюбители даже об этом не подозревают. Поэтому его значение подбирают исходя из максимального расчётного нагрузочного тока. Через этот резистор должен протекать ток, приблизительно в 50 раз меньше максимального нагрузочного тока стабилизатора.

Цифра 50 — это усреднённое значение коэффициента передачи силовых транзисторов, работающих в режиме больших токов. Сопротивление резистора определяется по закону Ома. Значение падения напряжения на переходе «база – эмиттер», (для кремниевого транзистора – 0,65 вольт) делится на максимальный ток нагрузки стабилизатора (например 2,5 ампер).

Полученное значение умножается на 50. Если Вы используете составные транзисторы, то это значение может быть больше на 1 — 2 порядка (не 50, а 500…5000).

R2 = UR2 / Iст.

max * 50    —>    R2 = 0,65 / 2,5 * 50 = 13 Ом

Рассчитанное таким образом сопротивление позволяет более эффективно гасить реактивную составляющую выходного транзистора и полноценно использовать мощностные способности обоих транзисторов.

Не забывайте производить расчёт требуемой мощности резисторов, иначе всё сгорит в неподходящий момент. Выход из строя резистора R2 может привести к выходу из строя транзисторов и того, что Вы подключите в качестве нагрузки.

Расчёт мощности стандартный, описанный на страничке Резистор.

Как выбрать транзистор для стабилизатора?

Основные параметры для транзистора в стабилизаторе напряжения: максимальный ток коллектора, максимальное напряжение «коллектор-эмитер» и максимальная мощность. Все эти параметры всегда имеются в справочниках.
1.

При выборе транзистора необходимо учитывать, что паспортный (по справочнику) максимальный ток коллектора должен быть не менее, чем в полтора раза больше максимального тока нагрузки, который вы хотите получить на выходе стабилизатора.

Это делается для того, чтобы обеспечить запас по току нагрузки при случайных кратковременных бросках нагрузки (например короткого замыкания). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

2. Максимальное напряжение «коллектор-эмитер» характеризует способность транзистора выдерживать определённое напряжение между коллектором и эмитером в закрытом состоянии. В нашем случае этот параметр должен также превышать не менее, чем в полтора раза напряжение подводимое к стабилизатору от цепи «трансформатор-выпрямитель-фильтр питания» вашего блока стабилизированного питания.

3. Паспортная выходная мощность транзистора должна обеспечивать работу транзистора в режиме «полуоткрытого» состояния.

Всё напряжение, которое вырабатывается цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» делится на две нагрузки: собственно нагрузка вашего блока стабилизированного питания и сопротивление коллекторно-эмитерного перехода транзистора.

По обоим нагрузкам течёт один и тот же ток, поскольку они подключены последовательно, а вот напряжение делится.

Из этого следует, что необходимо выбрать такой транзистор, который при заданном токе нагрузки способен выдерживать разницу между напряжением, вырабатываемым цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» и выходным напряжением стабилизатора. Мощность вычисляется как произведение напряжения на ток (из учебника физики средней школы).

Например: На выходе цепи «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» (а значит на входе стабилизатора напряжения) напряжение равно 18 вольт. Нам необходимо получить выходное стабилизированное напряжение 12 вольт, при токе нагрузки 4 ампера.

Находим минимальное значение необходимого паспортного тока коллектора (Iк max):

4 * 1,5 = 6 ампер

Определяем минимальное значение необходимого напряжения «коллектор-эмитер» (Uкэ):

18 * 1,5 = 27 вольт

Находим среднее напряжение, которое в рабочем режиме будет «падать» на переходе «коллектор-эмитер», и тем самым поглощаться транзистором:

18 — 12 = 6 вольт

Определяем потребную номинальную мощность транзистора:

6 * 4 = 24 ватт

При выборе типа транзистора необходимо учитывать, что паспортная (по справочнику) максимальная мощность транзистора должна быть не менее, чем в два — три раза больше номинальной мощности падающей на транзисторе.

Это делается для того, чтобы обеспечить запас по мощности при различных бросках тока нагрузки (а следовательно и изменения падающей мощности).

При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

В нашем случае необходимо выбрать транзистор с паспортной мощностью (Рк) не менее:

24 * 2 = 48 ватт

Выбираете любой транзистор, удовлетворяющий этим условиям, с учётом, что чем паспортные параметры будут намного больше расчётных, тем меньше по размерам потребуется радиатор охлаждения (а может и вообще не нужен будет). Но при чрезмерном превышении этих параметров учитывайте тот факт, что чем больше выходная мощность транзистора, тем меньше его коэффициент передачи (h21), а это ухудшает коэффициент стабилизации в источнике питания.

В следующей статье мы рассмотрим компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного действия. В нём используется принцип контроля выходного напряжения мостовой схемой.

Он обладает меньшей пульсацией выходного напряжения, чем «эмиттерный повторитель», кроме того, он позволяет регулировать выходное напряжение в небольших пределах.

На его основе будет рассчитана простая схема стабилизированного блока питания.

Оригинал: https://meanderss.ru/stabilizator.shtml

Самодельный регулируемый блок питания от 0 до 14 Вольт

Блок питания на стабилитроне и транзисторе

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.

У каждого радиолюбителя, в его домашней лаборатории, обязательно должен быть регулируемый блок питания, позволяющий выдавать постоянное напряжение от 0 до 14 Вольт при токе нагрузки до 500mA.

Причем такой блок питания должен обеспечивать защиту от короткого замыкания на выходе, чтобы не «сжечь» проверяемую или ремонтируемую конструкцию, и не выйти из строя самому.

Эта статья, в первую очередь, рассчитана на начинающих радиолюбителей, а идею написания этой статьи подсказал Кирилл Г. За что ему отдельное спасибо.

Предлагаю Вашему вниманию схему простого регулируемого блока питания, который был собран мной еще в 80-е годы (в то время, я учился в 8 классе), а схема была взята из приложения к журналу «Юный Техник» №10 за 1985 год. Схема немного отличается от оригинала изменением некоторых германиевых деталей на кремниевые.

Как видите, схема простая и не содержит дорогих деталей. Рассмотрим ее работу.

1. Принципиальная схема блока питания

Включается блок питания в розетку при помощи двухполюсной вилки ХР1. При включении выключателя SA1 напряжение 220В подается на первичную обмотку (I) понижающего трансформатора Т1.

Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение до 1417 Вольт.

Это напряжение, снимаемое со вторичной обмотки (II) трансформатора, выпрямляется диодами VD1VD4, включенными по мостовой схеме, и сглаживается фильтрующим конденсатором С1. Если не будет конденсатора, то при питании приемника или усилителя в динамиках будет слышен фон переменного тока.

Диоды VD1VD4 и конденсатор С1 образуют выпрямитель, с выхода которого постоянное напряжение поступает на вход стабилизатора напряжения, состоящего из нескольких цепей:

1. R1, VD5, VT1;
2. R2, VD6, R3;
3. VT2, VT3, R4.

Резистор R2 и стабилитрон VD6 образуют параметрический стабилизатор и стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3, который включен параллельно стабилитрону. С помощью этого резистора устанавливают напряжение на выходе блока питания.

На переменном резисторе R3 поддерживается постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации Uст данного стабилитрона.

Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, транзистор VT2 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю, соответственно, и мощный транзистор VT3 тоже закрыт.

При закрытом транзисторе VT3 сопротивление его перехода коллектор-эмиттер достигает нескольких десятков мегаом, и практически все напряжение выпрямителя падает на этом переходе. Поэтому на выходе блока питания (зажимы ХТ1 и ХТ2) напряжения не будет.

Когда же транзистор VT3 открыт, и сопротивление перехода коллектор-эмиттер составляет всего несколько Ом, то практически все напряжение выпрямителя поступает на выход блока питания.

Так вот. По мере перемещения движка переменного резистора вверх, на базу транзистора VT2 будет поступать отпирающее отрицательное напряжение, и в его эмиттерной цепи (БЭ) потечет ток. Одновременно, напряжение с его нагрузочного резистора R4 подается непосредственно на базу мощного транзистора VT3, и на выходе блока питания появится напряжение.

Чем больше отрицательное отпирающее напряжение на базе транзистора VT2, тем больше открываются оба транзистора, тем большее напряжение на выходе блока питания.

Наибольшее напряжение на выходе блока питания будет почти равно напряжению стабилизации Uст стабилитрона VD6.

Резистор R5 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Для контроля выходного напряжения предусмотрен вольтметр, составленный из миллиамперметра и добавочного резистора R6.

На транзисторе VT1, диоде VD5 и резисторе R1 собран узел защиты от короткого замыкания между гнездами ХТ1 и ХТ2.

Резистор R1 и прямое сопротивление диода VD5 образуют делитель напряжения, к которому своей базой подключен транзистор VT1.

В рабочем состоянии транзистор VT1 закрыт положительным (относительно эмиттера) напряжением смещения на его базе.

При коротком замыкании на выходе блока питания эмиттер транзистора VT1 окажется соединенным с анодом диода VD5, и на его базе (относительно эмиттера) появится отрицательное напряжение смещения (падение напряжения на диоде VD5).

Транзистор VT1 откроется, и участком коллектор-эмиттер зашунтирует стабилитрон VD6. В результате этого транзисторы VT2 и VT3 окажутся закрытыми.

Сопротивление участка коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT3 резко возрастет, напряжение на выходе блока питания упадет почти до нуля, и через цепь короткого замыкания потечет настолько малый ток, что он не причинит вреда деталям блока.

Как только короткое замыкание будет устранено, транзистор VT1 закроется и напряжение на выходе блока восстановится.

2. Детали

В блоке питания использованы самые распространенные детали. Понижающий трансформатор Т1 можно использовать любой, обеспечивающий на вторичной обмотке переменное напряжение 14 – 18 Вольт при токе нагрузки 0,4 – 0,6 Ампер.

В оригинале статьи используется готовый трансформатор от кадровой развертки Советских телевизоров — типа ТВК-110ЛМ.

Диоды VD1 – VD4 могут быть из серии 1N40011N4007. Также подойдут диоды, рассчитанные на обратное напряжение не менее 50 Вольт при токе нагрузки не менее 0,6 Ампер.
Диод VD5 желательно германиевый из серии Д226, Д7 — с любым буквенным индексом.

Электролитический конденсатор любого типа, на напряжение не менее 25 Вольт. Если не будет одного с емкостью 2200 микрофарад, то его можно составить из двух по 1000 микрофарад, или четырех по 500 микрофарад.

Постоянные резисторы используются отечественного МЛТ-0,5, или импортного производства мощностью 0,5 Ватт. Переменный резистор номиналом 5 – 10 кОм.

Транзисторы VT1 и VT2 германиевые — любые из серии МП39 – МП42 с любым буквенным индексом.

Транзистор VT3 – из серии КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Этот мощный транзистор обязательно устанавливается на радиатор.

Радиатор можно использовать самодельный, сделанный из пластины алюминия толщиной 3 – 5см и размером около 60х60мм.

Стабилитрон VD6 будем подбирать, так как у них идет большой разброс по напряжению стабилизации Uст. Возможно, даже придется составить из двух. Но это уже при наладке.

Вот основные параметры стабилитронов серии Д814 А-Д:

Миллиамперметр используйте такой, какой у Вас есть. Можно использовать индикаторы от старых приемников и магнитофонов. Одним словом – ставьте что есть. А можно даже вообще обойтись без прибора.

На этом хочу закончить. А Вы, если заинтересовала схема, подбирайте детали.
В следующей части начнем рисовать и делать печатную плату с нуля, возможно, распаяем на ней детали.

Удачи!

Оригинал: https://sesaga.ru/samodelnyj-reguliruemyj-blok-pitaniya-ot-0-do-14-volt.html

Самодельный импульсный блок питания с регулировкой напряжения и тока. — DRIVE2

Блок питания на стабилитроне и транзисторе

Такой тип источников питания ещё называют лабораторными, и не зря!Он подойдет не только для питания различных устройств, но и как универсальное зарядное устройство для абсолютно любых аккумуляторов.

Как мне кажется блок питания мега простой и отлично подойдет для начинающего радиолюбителя.Блок питания может быть построен на различные диапазоны напряжения и тока все зависит от конкретных задач.

Сегодня мы рассмотрим блок питания на самый популярный диапазон 0-30 вольт/0-10 амер. Выбор такого диапазона также обусловлен применением китайского вольтамперметра с диапазоном по току до 10а.

Условно блок питания можно разделить на 3 части:

  1 Внутренний источник питания.

Представляет из себя любой компактный источник напряжение 12 вольт и током не менее 300 мА.Предназначен для питания шим контроллера, вентилятора охлаждения и вольтамперметра.

Можно использовать абсолютно любой адаптер на 12 вольт.

Рассказывать как собрать такой в этой статье не буду, будем использовать готовый AC-DC преобразователь с китая вот такого типа:

 2 Модуль управления.

Представляет из себя микросхему TL494 c небольшим драйвером на 4-х транзисторах:

Благодаря использованию встроенных операционных усилителей обвязка TL494 получается очень простая, такое включение широко распространено у радиолюбителей.Резистором R4 задаём желаемое максимальное напряжение, R2- ток.R11 и R12 для удобства могут быть многооборотные, но я использую обычные.

При использовании ЛУТ плату управления я как правило собираю на отдельной платке:

3 Силовая часть.
Основную часть компонентов можно использовать из старого компьютерного блока питания, главное чтобы он был соответствующей топологии.

Входной фильтр, выпрямитель, конденсаторы из компьютерного блока питания.Начинающего радиолюбителя может испугать трансформатор управления силовыми ключами, его придётся изготовить самостоятельно.Но не спешите с выводами, уверяю вас сделать его очень просто.Понадобится ферритовое колечко R16*10*4.

5 и три отрезка по 1 метру провода МГТФ 0.07кв.мм. Просто наматываем на кольце 30 витков в 3 провода.Дроссель L1 мотается на ферритовом кольце из того же компьютерного бп, предварительно сматываем с него все обмотки и наматываем медный провод длинной 1.

5-2м сечением 2мм, это позволит уложится в указанные параметры(это для тех у кого нечем промерять индуктивность).Также в большинстве нормальных компьютерных бп есть второй дроссель на ферритовом стержне, его в большинстве случаев можно оставить как есть в качестве L2.

Силовой трансформатор тоже можно использовать как есть, но тогда выходное напряжение будет около 20 вольт.Для 30 вольт вторичную обмотку придется перемотать.Когда мне нужно снять большие токи я предпочитаю использовать ферритовые кольца.Расчет для нашего блока питания 30 вольт 10 ампер.

Трансформатор-донор из компьютерного бп оказался 39/20/12:Все основные компоненты размещаются на пп стандартных размеров под корпус компьютерного блока питания:Кстати после сборки платы управления и намотки трансформатора GDT их можно проверить даже если у вас нет осциллографа.

При отсутствии ошибок при монтаже и исправных компонентах схема практически не нуждается в настройке.Для управления вентилятором я как правило использую схему управление по температуре на lm317
или термостаты KCD 9700.Иногда и то и другое сразу.

Лицевая панель нарисована в frontdesigner 3.0 и распечатана на самоклеящейся фотобумаге, затем заламинирована самоклеящаяся пленкой для учебников и книг(есть в любом офис маге).

Вот и корпус будущего бп уже практически готов:

Необходимые файлы для повторения

Такой тип источников питания ещё называют лабораторными, и не зря!Он подойдет не только для питания различных устройств, но и как универсальное зарядное устройство для абсолютно любых аккумуляторов.

Как мне кажется блок питания мега простой и отлично подойдет для начинающего радиолюбителя.Блок питания может быть построен на различные диапазоны напряжения и тока все зависит от конкретных задач.

Сегодня мы рассмотрим блок питания на самый популярный диапазон 0-30 вольт/0-10 амер. Выбор такого диапазона также обусловлен применением китайского вольтамперметра с диапазоном по току до 10а.

Условно блок питания можно разделить на 3 части:

  1 Внутренний источник питания.

Представляет из себя любой компактный источник напряжение 12 вольт и током не менее 300 мА.Предназначен для питания шим контроллера, вентилятора охлаждения и вольтамперметра.

Можно использовать абсолютно любой адаптер на 12 вольт.

Рассказывать как собрать такой в этой статье не буду, будем использовать готовый AC-DC преобразователь с китая вот такого типа:

 2 Модуль управления.

Представляет из себя микросхему TL494 c небольшим драйвером на 4-х транзисторах:

Благодаря использованию встроенных операционных усилителей обвязка TL494 получается очень простая, такое включение широко распространено у радиолюбителей.Резистором R4 задаём желаемое максимальное напряжение, R2- ток.R11 и R12 для удобства могут быть многооборотные, но я использую обычные.

При использовании ЛУТ плату управления я как правило собираю на отдельной платке:

3 Силовая часть.
Основную часть компонентов можно использовать из старого компьютерного блока питания, главное чтобы он был соответствующей топологии.

Входной фильтр, выпрямитель, конденсаторы из компьютерного блока питания.Начинающего радиолюбителя может испугать трансформатор управления силовыми ключами, его придётся изготовить самостоятельно.Но не спешите с выводами, уверяю вас сделать его очень просто.Понадобится ферритовое колечко R16*10*4.

5 и три отрезка по 1 метру провода МГТФ 0.07кв.мм. Просто наматываем на кольце 30 витков в 3 провода.Дроссель L1 мотается на ферритовом кольце из того же компьютерного бп, предварительно сматываем с него все обмотки и наматываем медный провод длинной 1.

5-2м сечением 2мм, это позволит уложится в указанные параметры(это для тех у кого нечем промерять индуктивность).Также в большинстве нормальных компьютерных бп есть второй дроссель на ферритовом стержне, его в большинстве случаев можно оставить как есть в качестве L2.

Силовой трансформатор тоже можно использовать как есть, но тогда выходное напряжение будет около 20 вольт.Для 30 вольт вторичную обмотку придется перемотать.Когда мне нужно снять большие токи я предпочитаю использовать ферритовые кольца.Расчет для нашего блока питания 30 вольт 10 ампер.

Трансформатор-донор из компьютерного бп оказался 39/20/12:Все основные компоненты размещаются на пп стандартных размеров под корпус компьютерного блока питания:Кстати после сборки платы управления и намотки трансформатора GDT их можно проверить даже если у вас нет осциллографа.

При отсутствии ошибок при монтаже и исправных компонентах схема практически не нуждается в настройке.Для управления вентилятором я как правило использую схему управление по температуре на lm317
или термостаты KCD 9700.Иногда и то и другое сразу.

Лицевая панель нарисована в frontdesigner 3.0 и распечатана на самоклеящейся фотобумаге, затем заламинирована самоклеящаяся пленкой для учебников и книг(есть в любом офис маге).

Вот и корпус будущего бп уже практически готов:

Необходимые файлы для повторения

Оригинал: https://www.drive2.ru/b/541858022939428076/

Блоки питания

Схемы блоков питания, стабилизаторов напряжения, и т.п.

Импульсный стабилизатор на два напряжения

Схема импульсного стабилизатора на два напряжения (+5 и +12 В)
представлена на рис.

1:

Стабилизатор обеспечивает на выходе два напряжения: 5
В, при токе 0,75 А; 12 В при токе около 200 мА. Основное
напряжение, формируемое импульсным стабилизатором, является
напряжение +5 вольт. Второе напряжение получается за счёт
автотрансформаторного включения обмотки II трансформатора Т1.

При включении питания напряжение на конденсаторе С2 и С3
равно нулю, а через резистор R1 начинает протекать ток. Этот ток
открывает транзисторы VT1 и VT2, а вследствие чего открываются и
транзисторы VT3, VT4. Конденсатор С2 начинает заряжаться током,
протекающим через обмотку I трансформатора Т1.

Транзистор VT2, совместно со стабилитроном VD6,
отслеживает через эмиттер напряжение на выходе. Когда напряжение на
конденсаторах С2, С3 превысит напряжение стабилизации стабилитрона
VD6, транзисторы VT1 и VT2 закрываются, в результате чего
закрываются и транзисторы VT3, VT4.

Диод VD7 защищает транзистор
VT4 от отрицательного напряжения самоиндукции обмотки I
трансформатора Т1, когда он находится в закрытом состоянии. При
достижении напряжения на конденсаторах С2, С3 меньше напряжения
стабилизации стабилитрона VD3, процесс повторяется.

Частота
переключений (импульсов) зависит от быстродействия транзисторов, а
также от индуктивности обмотки I трансформатора Т1, как правила она
может находиться в пределах от 25 до 80 кГц. Важную роль играет
диод VD7, который пропускает через себя отрицательные полуволны с
обмотки I трансформатора, и защищает мощный ключевой транзистор от
пробоя.

Он должен пропустить через себя допустимый ток и иметь
очень хорошее быстродействие. Такими
свойствами обладают диоды Шотки, которые чаще и применяются в
импульсных стабилизаторах напряжения.

Читать далее…

8 мая 2013, 22:32 Схемы → Блоки питанияadminЧитать полностью

Лабораторный блок питания (вер.2)

Статья "Лабораторный блок питания", была опубликована
в журнале Радио за 1980 год №11. По первоисточнику, в 80-ые же
годы был изготовлен действующий блок питания, работающий по
настоящее время.

Основными преимуществами лабораторного блока питания являются:

— широкий диапазон выходных напряжений (0…

±40 В);

— возможность плавной регулировки напряжений в плечах блока как раздельно, так и симметрично;

— многоступенчатая схема ограничения выходного тока;

— высокий коэффициент стабилизации (2500);

— нечувствительность к короткому замыканию на выходе.

К недостаткам можно отнести – относительно средний
максимальный ток нагрузки (1 А) и сложность схемы.

Ниже приведена несколько упрощенная схема лабораторного блока питания на более современной элементной
базе и с учетом некоторых публикаций по его усовершенствованию в
журналах Радио.

На схеме (Рис.1) сохранена нумерация элементов, как и
в оригинале, для того, чтобы она соответствовала позиционному
расположению на печатной плате оригинала. Из схемы лабораторного блока питания исключён сдвоенный переключатель
S3 ограничителя тока, а так же упрощена измерительная часть
устройства.

Изменения на печатной плате приведены на рисунке 2.

14 марта 2013, 13:23 Схемы → Блоки питанияadminЧитать полностью

Регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт

Регулируемый стабилизатор напряжения от 0 до 12 вольт и током нагрузки до 1-го ампера представлен на
рисунке 1.

Переменное напряжение 12 вольт выпрямляется диодным
мостиком VD1…VD4, сглаживается фильтром С1 С2, подается на
параметрический стабилизатор на стабилитроне VD1. Напряжение 12
вольт, выделенное на стабилитроне, приложено к резистору R2.

С
движка переменного резистора R2 напряжение подается
на аналоговый ключ VT1 VT2, включенного по схеме
составного транзистора. Степень открытия ключа зависит от положения
движка переменного резистора R2, т.е.

в нижнем по
схеме положении регулятора, напряжение на базе равно нулю и
транзисторы VT1 VT2 закрыты, напряжение в нагрузку
не поступает. В верхнем по схеме положении регулятора R2,
напряжение не базе максимально.

Транзисторы открыты полностью, а напряжение с
выпрямителя приложено к нагрузке, за исключением падения на
переходе коллектор – эмиттер транзистора VT1.

Читать далее…

8 августа 2012, 09:52 Схемы → Блоки питанияadminЧитать полностью

Повышающий стабилизатор напряжения

Схему повышающего стабилизатора можно реализовать на контроллере
импульсного преобразователя МС33063А/МС34063А, или их российском
аналоге КР1156ЕУ5Р/КФ1156ЕУ5Т. Микросхемы МС33063А/МС34063А
отличаются друг от друга только типом исполнения корпуса, т.е.

DIP-8 или SO8 соответственно. Входное напряжение от 3 до 40
вольт.
Пример типовой схемы повышающего стабилизатора приведен на рисунке 1.

В этой схеме на выходе преобразователя выдается 28
вольт, при входном напряжении 12 вольт, ток нагрузки при этом будет
составлять 175 миллиампер.

Другое значение напряжения на выходе повышающего
стабилизатора можно получить, изменяя
соотношение резисторов R1/R2 по формуле:

V вых=1,25 х(1+R2/R1).

Для реализации схемы кроме конденсаторов и сопротивлений необходимы
ограничительный диод Шотки типа 1N5819 и дроссель индуктивностью 170
мкГн. Для дросселя можно применить ферритовый Ш – образный
сердечник, размером Ш5х5 мм, с зазором 0,5 мм, или горшкообразном
феррите диаметром 12 мм. Число витков обмотки составляет 40,
провода ПЭВ 0,33.

Читать далее…

30 июля 2012, 21:32 Схемы → Блоки питанияadminЧитать полностью

Регулируемый стабилитрон

При изготовлении стабилизированных блоков питания может не оказаться под рукой нужного
опорного стабилитрона. При наличии стабилитрона с меньшим
напряжением можно воспользоваться приведенной на рис.1. схемой
регулируемого стабилитрона.

Принцип работы схемы регулируемого стабилитрона заключается в
том, что изменяя смещение в базе транзистора относительно эмиттера,
меняется его внутреннее сопротивление, а следовательно подение
напряжения на переходе эмиттер-коллектор
транзистора. Напряжение стабилитрона и перехода эмиттер-коллектор
транзистора складываются.

Нужное напряжение регулируемого стабилитрона
подбирается при помощи резистора R1. Для настройки регулируемого
стабилитрона временно вместо резистора R1 подключают переменный
резистор, номиналом 10 кОм. После установки нужного напряжения,
измеряют полученное сопротивление переменного резистора и устанавливают
постоянный резистор близкого номинала.

В схеме регулируемого стабилитрона можно применить
транзисторы КТ342А, КТ3102А.

12 июля 2012, 14:03 Схемы → Блоки питанияadminЧитать полностью

Оригинал: https://www.radiolub.ru/category/bloki-pitanija

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Тратосфера